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CN104832967B - 模块化组合式智能集热器系统 - Google Patents

模块化组合式智能集热器系统 Download PDF

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CN104832967B CN201510160294.9A CN201510160294A CN104832967B CN 104832967 B CN104832967 B CN 104832967B CN 201510160294 A CN201510160294 A CN 201510160294A CN 104832967 B CN104832967 B CN 104832967B
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Abstract

本发明公开了一种模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，它包括PTCR‑xthm电热芯片热源主机、数据控制模板、恒温恒压器、变频水泵,变频水泵及PTCR‑xthm电热芯片热源主机连接数据控制模板，PTCR‑xthm电热芯片热源主机的出口端连接恒温恒压器，恒温恒压器的出口端通过变频水泵连接PTCR‑xthm电热芯片热源主机；PTCR‑xthm电热芯片热源主机直接引出用户供暖管道；和/或PTCR‑xthm电热芯片热源主机通过恒温恒压器引出用户供暖管道，连接用户热水器的换热器。源水流经本发明的PTCR‑xthm电热芯片热源模块即被加热至设定温度，开机即热，无需等待。水温可在100摄氏度内调控，饱和温度可在180摄氏度内调控，零污染、无排放、高效节能、安全可靠、性价比高、体积小巧、成本低廉、智能操控。

Description

模块化组合式智能集热器系统
技术领域
本发明涉及工业、农业、军工供水供暖供热(气)系统，更具体的是涉及一种模块化组合式智能集热器系统。
背景技术
近期，由于新能源电热领域创新技术、知识产权维护被提到新的重要地位，PTCR-xthm电热技术、控制技术、应用技术得以迅猛发展。随着智能电热领域科技的不断创新，以PTCR-xthm电热芯片为热源的大容量、多功能智能供水供暖供热(气)集热器系统，舰船、战车暖气机系统工程将呈现迅猛发展的势头。
目前，工业、农业、交通运输及军工及民用供水供暖供热(气)、车船暖气机设备绝大多数仍然采用燃煤、燃气、燃油为能源的传统锅炉形式，此类设备存在的弊端及危害是公知的。
在雾霾《穹顶之下》的今天，尤其是在被称为“史上最严”的新环保法今年开始正式实施的今天，唤醒科技界对环境的关注，推动环保科技事业的发展，从根本上治理改造污染源，来面对“我们今天恐怕是人类历史上从来没有的环境的挑战”。才是每一个科技工作者的第一职责，第一要务。
进入二十一世纪，国际上供暖供热性能较为先进的产品是在美国生产的储热式电热锅炉，属于压力容器。采用的热源是电热管，热效率仅为71％，(泡在锅炉中的电热管表面热负荷也只有22w/c㎡)平均寿命1800小时，维护费用高。锅炉是压力容器，存在结垢、漏电、爆炸等安全隐患。
01134256.0号专利，采用光电管(石英管)为热辐射源的供暖供热系统，靠电热丝发光聚热反射加热管中水，热效率较高，但结构复杂，不易维护，虽不是压力容器，由于热源温度高，可靠性低，石英管寿命短。稍大型机组有光污染嫌疑。
国内、外流行的所谓空气能热水器的热泵循环系统(逆卡诺循环),较为典型的是美国GeoSpring牌热水器，通用电气为GeoSpring配备了一个小型蒸汽泵。这种GeoSpring牌热水器摄取的是环境空气中热量，有的大型机组还抽取地热，热泵系统标况散热温度：54℃。因热源温度低，设备结构成本高，无法满足大容量、供水供暖供热(气)集热器系统多功能、全天候功能要求。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种模块化组合式智能集热器系统,能实现零污染，无排放，高效节能，安全可靠运行。
本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，它包括PTCR-xthm电热芯片热源主机、数据控制模板、恒温恒压器、变频水泵,变频水泵及PTCR-xthm电热芯片热源主机连接数据控制模板，PTCR-xthm电热芯片热源主机的出口端连接恒温恒压器，恒温恒压器的出口端通过变频水泵连接PTCR-xthm电热芯片热源主机；
所述PTCR-xthm电热芯片热源主机直接引出用户供暖管道，为用户供暖；
和/或PTCR-xthm电热芯片热源主机通过恒温恒压器引出用户供暖管道，连接用户热水器的换热器。
作为上述方案的进一步说明，PTCR-xthm电热芯片热源主机的出口端有两分支，一分支经节流阀、截止阀一联通用户供暖管，用户供暖管联通有用户换热器和高于用户换热器的集气罐，用户换热器通过回水管一、截止阀和变频水泵联通热源主机；PTCR-xthm电热芯片热源主机的出口端的另一分支经节流阀、截止阀二联通恒温恒压器的进口管，该恒温恒压器的出口管经逆止阀联通变频水泵前方的回水管一、该回水管一上安装有三通管，三通管的一端连接有膨胀水管，该膨胀水管的水位高于用户换热器。
所述PTCR-xthm电热芯片热源主机的进口管连接自来水或乙二醇型冷却液水箱，出口管连接恒温恒压器的进口管，该恒温恒压器设有回水管二连接变频水泵，该变频水泵出水管连接PTCR-xthm电热芯片热源主机，恒温恒压器的出口管连接用户热水器的换热器。
所述PTCR-xthm电热芯片热源主机的电源端子连接数据控制模板，该数据控制模板连接设置在安装有用户换热器的环境下的温度传感器。
所述数据控制模板包括与温度传感器连接的微电脑处理中心和执行元件，温度传感器测量到用户的室内温度，当室内实际温度与设置温度有差别即负载变化时，温度传感器就会反馈给主控中心一个电讯号，经微电脑处理中心处理后给执行元件发出指令，调节供电电压及电流达到控温的目地；数据控制模板的另一个是检测PTCR－xthm电热芯片热源模块主机的工作状态，电热芯片主机由热源模块组成，热源模块的工作温度是监控的重要数据，变频水泵、热媒循环系统出现故障，代码会自动显示，或启动备用程序自愈修复或预警修复。
所述数据控制模板的微电脑处理中心采用以微处理器为控制核心，配置计算机硬件系统、外围多路接口电路、计算机控制电路、温度传感器闭路反馈系统，采用热敏电阻或稀土厚膜热敏控制电路。
所述PTCR-xthm电热芯片热源主机包括上盖板、若干块PTCR－xthm电热芯片热源模块、进水端盖、出水端盖，上盖板覆盖在若干块电热芯片热源模块的上方，进水端盖、出水端盖分设于若干块电热芯片热源模块的端侧，并在进水端盖、出水端盖和电热芯片热源模块内设置进出水通道。
所述若干块PTCR－xthm电热芯片热源模块自上而下依次叠加设置，上盖板其下方的PTCR－xthm电热芯片热源模块，以及相邻的上、下两PTCR－xthm电热芯片热源模块之间设置有绝缘导热膜。
所述进水端盖、出水端盖和电热芯片热源模块的连接位置设置有密封件加以密封。
所述进水端盖、出水端盖为金属基板或非金属基板，金属基板材料为稀土铝合金、不锈钢、钛合金或是铜材，复合材料是铝铜Cu+、铝钢、钛铜Cu+、铝钛中的一种；非金属基板材料是功能陶瓷、微晶玻璃、石英玻璃、硅树脂中的一种。
所述PTCR－xthm电热芯片热源模块包括PTCR-xthm电热芯片热源基板及其上设置的稀土厚膜电路，稀土厚膜电路以厚膜电路的形式和厚膜电阻电路垂直叠加或横向分布，集成若干层于一个平面或多个曲面内，平面部分的稀土厚膜电路，经丝网印刷、烧结制备而成；曲面上的稀土厚膜电路，经流延、贴膜/HIP工艺制备而成。
所述蓄热用安全恒温恒压器设有温度、压力传感装置和安全排气阀,蓄热用安全恒温恒压器的饱和蒸汽温度为180摄氏度。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
1、本发明是以稀土厚膜电路电热芯片(通称：PTCR-xthm电热芯片)为热源的大容量、多功能智能供水供暖供热(气)集热器系统，包括PTCR-xthm电热芯片热源主机、蓄热用安全恒温恒压器、数据控制模板、变频水泵及智能热媒循环管理系统，PTCR-xthm电热芯片热源主机由n个电热芯片热源模块组成，n为自然数，根据系统热负荷、总功率等设计参数定，PTCR-xthm电热芯片热源模块设有进、出水管和蓄热用安全恒温稳压器、变频水泵及热媒循环系统相连，源水流经电热芯片热源模块即被加热至设定温度，开机即热，无需等待，既适用于工业、农业、军工等设施装备供水供暖供热(气)系统，也可用于各类舰船、战车暖气机系统以及家用、商用电器的水系列产品系统。
2、节能：PTCR-xthm电热芯片热源模块是直接热源+水道。热电转换效率极高，达到95％比其它热源加热方式节能节材50％以上。
3、多功能：PTCR-xthm电热芯片热源模块不仅制造成本低、易成型，热效率高、温度场均匀、热性能优良；而且适用于新能源，高低压、交直流电源均能启动；高强度、大容量、集成度高，还具有高温远红外功能；具备寒带供暖、供水、供气的全天候功能。
4、安全：热源模块即“无胆锅炉”热源，非压力容器，水电分离，热响应快、热源利用率高，极易维护，运行可靠。
5、智能：人性化设计，微电脑控制；红外传感，无极变频，自动恒温，多功能保护，故障反馈系统，运行安静平顺。
6、高效：模块化组合式设计，大容量、体积小、占地少、极易维护安装，运行经济高效。
附图说明
图1为PTCR－XTHM电热芯片热源模块结构图；
图2为集热系统采暖结构示意图；
图3为热水器实例结构示意图。
附图标记说明：1、PTCR-xthm电热芯片热源主机 1-1、上盖板 1-2、PTCR－xthm 电热芯片热源模块 1-21、PTCR-xthm 电热芯片热源基板1-22、稀土厚膜电路 1-3、进水端盖1-4、出水端盖 1-5、进出水通道 1-6、绝缘导热膜 1-7、密封件 2、数据控制模板 3、恒温恒压器 4、变频水泵 5、换热器 6、集气罐 7、回水管 8、截止阀 9、节流阀 10、截止阀 11、逆止阀 12、膨胀水管 13、进口管 14、自来水或乙二醇型冷却液水箱 15、出口管 16、出口管17、换热器 18、截止阀。
具体实施方式
本发明是一种模块化组合式智能集热器系统，它包括PTCR-xthm电热芯片热源主机1、数据控制模板2、恒温恒压器3、变频水泵4,变频水泵4及PTCR-xthm电热芯片热源主机1连接数据控制模板2，PTCR-xthm电热芯片热源主机1的出口端连接恒温恒压器3，恒温恒压器3的出口端通过变频水泵4连接PTCR-xthm电热芯片热源主机1。PTCR-xthm电热芯片热源主机由n个PTCR－xthm电热芯片热源模块组成，n为自然数，根据系统热负荷、总功率等设计参数定。PTCR-xthm电热芯片热源主机按上述方案参照图1、图2、图3、结构，顺序连接。
如图1所示，在具体结构上，所述PTCR-xthm电热芯片热源主机1包括上盖板1-1、若干块PTCR－xthm电热芯片热源模块1-2、进水端盖1-3、出水端盖1-4，上盖板1-1覆盖在若干块电热芯片热源模块1-2的上方，进水端盖1-3、出水端盖1-4分设于若干块电热芯片热源模块的端侧，并在进水端盖、出水端盖和电热芯片热源模块内设置进出水通道1-5。若干块PTCR－xthm电热芯片热源模块自上而下依次叠加设置，上盖板其下方的电热芯片热源模块，以及相邻的上、下两电热芯片热源模块之间设置有绝缘导热膜1-6。进水端盖、出水端盖和PTCR－xthm电热芯片热源模块的连接位置设置有密封件1-7加以密封。进水端盖、出水端盖为金属基板或非金属基板，金属基板材料为稀土铝合金、不锈钢、钛合金或是铜材，复合材料是铝铜Cu+、铝钢、钛铜Cu+、铝钛中的一种；非金属基板材料是功能陶瓷、微晶玻璃、石英玻璃、硅树脂中的一种。PTCR－xthm电热芯片热源模块1-2包括PTCR-xthm电热芯片热源基板1-21及其上设置的稀土厚膜电路1-22，稀土厚膜电路以厚膜电路的形式和厚膜电阻电路垂直叠加或横向分布，集成若干层于一个平面或多个曲面内，平面部分的稀土厚膜电路，经丝网印刷、烧结制备而成；曲面上的稀土厚膜电路，经流延、贴膜/HIP工艺制备而成。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作详细的描述。
如图2所示的实施例中，模块化组合式智能集热器系统包括数据控制模板2、变频水泵4及热媒循环智能管理系统，具体结构为PTCR-xthm电热芯片热源主机的出口端有两分支，一分支经节流阀9、截止阀18联通用户暖管，该供暖管联通用户换热器5；该用户供暖管联通高于换热器的集气罐6，该换热器经回水管7、截止阀8、变频水泵4联通热源主机；另一分支经节流阀9、截止阀10联通恒温恒压器的进口管，该恒温恒压器的出口管经逆止阀11联通变频水泵前方的回水管7，该回水管以三通管连接一膨胀水管12，该膨胀水管的水位高于换热器；所述供热主机的电源端子(插座)经插头链接数据控制模板，该数据控制模板连接设置在安装有换热器的房间内的温度传感器。
恒温恒压器在常压下工作，灌上装有水位计、安全排气阀和传感装置。最高温度工作点为180℃。主要由PTCR-xthm电热芯片热源主机、调节阀、恒温恒压器、变频水泵组成一个循环回路。恒温恒压器里的热媒经变频水泵送到PTCR－xthm电热芯片热源主机、被加热后经调节阀再回到恒温恒压器完成一个加热循环。每次循环热媒被升温25-30℃，当恒温恒压器里热媒达到供热的设定标准时，关闭恒温恒压器的进口阀门，热媒将直接进入用户的采暖循环系统，普通用户循环的供水温度和回水温度相差25-30℃。
数据控制模板2主要由温度传感器、微电脑处理中心和执行元件组成，传感器测量到用户的室内温度，当室内实际温度与设置温度有差别即负载变化时，温度传感器就会反馈给主控中心一个电讯号，经微电脑处理后给执行元件-固态调压器发出指令，调节供电电压及电流达到控温的目地。数据控制模板的另一个是检测PTCR－xthm电热芯片热源模块主机的工作状态，电热芯片主机由热源模块组成，热源模块的工作温度是监控的重要数据，变频水泵、热媒循环系统出现故障，代码会自动显示，或启动备用程序自愈修复或预警修复。
数据控制模板2采用微电脑控制系统。以微处理器为控制核心，配置必要的计算机硬件系统、外围多路接口电路，计算机控制电路。温度传感器闭路反馈系统，采用自有技术热敏电阻或稀土厚膜热敏控制电路。本说明书不再赘述。
按图3所示实施例中，热媒循环管道系统的构造为：PTCR-xthm电热芯片热源主机1的进口管13连接自来水或乙二醇型冷却液水箱14，出口管15连接恒温恒压器3的进口管，该恒温恒压器3设有回水管14连接变频水泵4，该变频水泵4的出水管连接PTCR-xthm电热芯片热源主机1，该变频水泵及PTCR-xthm电热芯片热源主机1的热源模块接线端子插座、插头连接数据控制模板。该恒温恒压器的出口管16连接用户热水器的换热器17，如管线机、喷淋头、车用热交换器等。
其循环方式：源水由管道进入热源主机经加热升温后进入恒温恒压器，当水温未达到设定温度时，阀门是关闭的，恒温恒压器内的水由控制模板自动操作变频水泵，经回水管、连接变频水泵，进入热源主机进行二次加热，在进入恒温恒压器(至水温达到设定温度在提供给用户，如管线机、喷淋头、换热器等。
上述系统也可用于车船或电动车暖气机，用于车船暖气机时系统是封闭的，选用车用循环泵，恒温恒压器(罐)改为储液罐，储液罐的出口管连接散热器，散热器的回水管连接乙二醇型冷却液水箱进水管。所有零部件都是车船专用的，媒介最好选用乙二醇型冷却液。热媒效率高、粘度小、流动性好、防霉、防垢、防沸。
具体实施例：
依据上述结构循环系统，设计安装20kw小型商用住宅供水供暖设备，一套PTCR-xthm电热芯片模块化组合式智能集热器系统，12个室内换热器，循环水经PTCR-xthm电热芯片热源模块，进入房间换热器，热媒升温30℃，流量550升/h。按地区供热标准室内平均温度18℃，室外最低温度-18度，供暖面积380平方米。
实施例注释：
本实施例多孔接线端子，模块组合化后端口会更多，宜选航空电器用挿接型端子或者设计专用接插线端子，方安全可靠。PTCR-xthm电热芯片模块化组合式智能集热器系统，温区、功能可依据市场需求设计。
本发明在新型能源(如太阳能、风能、高能蓄电池及智能电网系统)，高低压、交直流电源均可使用。其优势：零污染、无排放、高效节能、安全可靠、性价比高、体积小巧、成本低廉、智能操控。既适用于工业、农业、军工等设施装备供水供暖供热(气)系统，也可用于各类舰船、战车暖气机系统以及家用、商用电器的水系列产品系统。
表1、以下是几种型式热源的性能参数比较
表2、本发明与美国储热式电热锅炉性能参数比较表
注：1.北京地区供暖标准：70W/㎡室内温度：18℃室外最低温度：-16℃供暖期为120天。每天供暖8小时。电费:人民币0.393元/kw.h计。
2.参照北京、天津地区行业标准类比数据。
查新表明，用PTCR-xthm电热芯片热源模块为热源的大容量、多功能智能供水供暖供热(气)集热器系统，国内外尚属首创。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，它包括PTCR-xthm电热芯片热源主机、数据控制模板、恒温恒压器、变频水泵,变频水泵及PTCR-xthm电热芯片热源主机连接数据控制模板，PTCR-xthm电热芯片热源主机的出口端连接恒温恒压器，恒温恒压器的出口端通过变频水泵连接PTCR-xthm电热芯片热源主机；
所述PTCR-xthm电热芯片热源主机直接引出用户供暖管道，为用户供暖；
和/或PTCR-xthm电热芯片热源主机通过恒温恒压器引出用户供暖管道，连接用户热水器的换热器；PTCR-xthm电热芯片热源主机的出口端有两分支，一分支经节流阀、截止阀一联通用户供暖管，用户供暖管联通有用户换热器和高于用户换热器的集气罐，用户换热器通过回水管一、截止阀和变频水泵联通热源主机；PTCR-xthm电热芯片热源主机的出口端的另一分支经节流阀、截止阀二联通恒温恒压器的进口管，该恒温恒压器的出口管经逆止阀联通变频水泵前方的回水管一、该回水管一上安装有三通管，三通管的一端连接有膨胀水管，该膨胀水管的水位高于用户换热器；所述PTCR-xthm电热芯片热源主机的进口管连接自来水或乙二醇型冷却液水箱，出口管连接恒温恒压器的进口管，该恒温恒压器设有回水管二连接变频水泵，该变频水泵出水管连接PTCR-xthm电热芯片热源主机，恒温恒压器的出口管连接用户热水器的换热器。
2.根据权利要求1所述的模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，所述PTCR-xthm电热芯片热源主机的电源端连接数据控制模板，该数据控制模板连接设置在安装有用户换热器的环境下的温度传感器。
3.根据权利要求1所述的模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，所述数据控制模板包括与温度传感器连接的微电脑处理中心和执行元件，温度传感器测量到用户的室内温度，当室内实际温度与设置温度有差别即负载变化时，温度传感器就会反馈给主控中心一个电讯号，经微电脑处理中心处理后给执行元件发出指令，调节供电电压及电流达到控温的目的。
4.根据权利要求1或3所述的模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，所述数据控制模板的微电脑处理中心采用以微处理器为控制核心，配置计算机硬件系统、外围多路接口电路、计算机控制电路、温度传感器闭路反馈系统，采用热敏电阻或稀土厚膜热敏控制电路。
5.根据权利要求1所述的模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，所述PTCR-xthm电热芯片热源主机包括上盖板、若干块PTCR－xthm电热芯片热源模块、进水端盖、出水端盖，上盖板覆盖在若干块电热芯片热源模块的上方，进水端盖、出水端盖分设于若干块电热芯片热源模块的端侧，并在进水端盖、出水端盖和电热芯片热源模块内设置进出水通道。
6.根据权利要求5所述的模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，所述若干块PTCR－xthm电热芯片热源模块自上而下依次叠加设置，上盖板其下方的PTCR－xthm电热芯片热源模块，以及相邻的上、下两PTCR－xthm电热芯片热源模块之间设置有绝缘导热膜。
7.根据权利要求5所述的模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，所述进水端盖、出水端盖和电热芯片热源模块的连接位置设置有密封件加以密封。
8.根据权利要求5所述的模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，所述进水端盖、出水端盖为金属基板或非金属基板，金属基板材料为稀土铝合金、不锈钢、钛合金或是铜材，复合材料是铝铜Cu+、铝钢、钛铜Cu+、铝钛中的一种；非金属基板材料是功能陶瓷、微晶玻璃、石英玻璃、硅树脂中的一种。
9.根据权利要求5所述的模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，所述PTCR－xthm电热芯片热源模块包括PTCR-xthm电热芯片热源基板及其上设置的稀土厚膜电路，稀土厚膜电路以厚膜电路的形式和厚膜电阻电路垂直叠加或横向分布，集成若干层于一个平面或多个曲面内，平面部分的稀土厚膜电路，经丝网印刷、烧结制备而成；曲面上的稀土厚膜电路，经流延、贴膜或HIP工艺制备而成。
10.根据权利要求1所述的模块化组合式智能集热器系统，其特征在于，所述恒温恒压器设有温度、压力传感装置和安全排气阀,恒温恒压器的饱和蒸汽温度为180摄氏度。
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